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HKS-315碱性锌镍合金工艺

放大字体  缩小字体发布日期:2012-12-11  浏览次数:989
核心提示:通过对HKS-315碱性锌镍合金工艺使用方法、镀液性能以及镀层性能等方面的陈述,得出该工艺容易掌控,成熟稳定,并能得到高防腐蚀能力镀层的结论

摘要:通过对HKS-315碱性锌镍合金工艺使用方法、镀液性能以及镀层性能等方面的陈述,得出该工艺容易掌控,成熟稳定,并能得到高防腐蚀能力镀层的结论

关键词:锌镍合金;电镀

0 前言

锌镍合金自问世以来,因为它在耐腐蚀能力方面具有的无与伦比的优势而受到电镀业界广泛的关注,但是由于一些诸如阳极、钝化等问题的存在,致使其不能得到广泛的应用。在相当长的一段时间里面,锌镍合金仅仅在学术研究层次上进行。随着科学的发展,很多问题的到解决,锌镍合金逐渐的在汽车、电子、航天航空以及军事领域的到相继的推广和应用。特别是近几年来在汽车行业得到了蓬勃的发展。锌镍合金在国外最早在上世纪的80年代便得到了工业的应用,在国内则滞后很多,直到上世纪90年代才有相关的研究报道,真正能够投入生产还是近几年的事情,而且在应用的过程中多多少少还是存在一些问题,可以说国内的锌镍合金产品真正能够进行大规模生产的也就寥寥几家。广州海科顺表面处理有限公司根据市场的反应,及时总结生产中的问题并针对性进行解决后推出了一款新的锌镍合金——HKS—315碱性锌镍合 金工艺,产品研发成功后,并没有立即在市场上进行大规模的推广,而是通过我们的合作电镀公司进行生产试验,通过近两年的小试、中试以及大规模生产,我们对产品进行不断的改善和改良,现在我们可以负责任的说,HKS—315碱性锌镍合金工艺是一个成熟的稳定的工艺,它具有优良的耐蚀性能的同时,它还具备操作容易,管理简单,各色钝化容易的优点,而这一点,恰恰是目前国内其他同类产品所欠缺的。

1 溶液组成及工艺条件

名 称 范 围 挂镀(建议值) 滚镀(建议值)

锌 g/L 9~12 11 12

氢氧化钠 g/L 90~130 120

HKS-315A Ni 晶细剂 ml/L 4~20 10 4

HKS-315B Ni 稳定剂 ml/L 100~140 100 120

HKS-315C Ni 补充剂 ml/L 10~20 15

温 度 ℃ 18~35 28

电流密度A/dm2 0.5~5.0 1~3 0.5

阳极/阴极 2:1

阳极材料 镀厚半光镍的铁板或电解镍板

搅 拌 工件移动(阴极移动)

过 滤 每小时镀液循环2~3次,使用10μ的滤芯

镀 槽 内衬塑料或橡胶的钢槽

冷 却 需 要

2电镀槽槽液配制(以1000L槽液为例)

成分 开缸浓度 药品用量

锌 11g/L 氧化锌 13.8kg

氢氧化钠 120g/L 氢氧化钠99% 120kg

HKS-315A Ni 晶细剂 10ml/L HKS-315A Ni晶细剂 10L

HKS-315B Ni 稳定剂 1 00ml/L HKS-315B Ni稳定剂 100L

HKS-315C Ni 补充剂 15ml/l HKS-315C Ni补充剂 15L

1) 注入200L的水于电镀槽中。

2) 加入120kg氢氧化钠,搅拌使其完全溶解。

3) 把13.8kg氧化锌与少量清水混和,调成糊状,在不断搅拌下,慢慢加入镀槽,使其完全溶解。

4) 加水至所需水位,搅拌均匀,取样分析及调整浓度。

5) 用波浪状的瓦楞形阴极,以低电流密度(0.2~0.5安培/平方分米)连续电解8小时以上。

6) 依次加入HKS-锌镍晶细剂10L、稳定剂100L、镍补充剂15L(15L的镍补充剂补加前先与10L稳定剂混合),搅匀放置3-4小时后,正常电解2安培小时/升后进行赫尔槽试验确认无误方可正常生产。

注:氢氧化钠及氧化锌材料最好选用进口,以免杂质太多。

3. 镀液中各组分的作用及工艺的管理

1) 金属离子

金属离子指的是锌离子和镍离子。锌离子的含量对镀液的电流效率有较大的影响,提高锌离子的含量能提高镀液的电流效率。过高则会影响产品外观,镀层灰朦、发暗、中低区起条纹,另外也会降低镀层中的镍含量;过低则会令镀层发暗,光洁度下降。另外镀层中的镍含量也会随着锌离子浓度的变化而变化(准确来说是随着锌离子和镍离子浓度比值的变化而变化)。镀液中镍离子的浓度有助于稳定镀层中的镍含量,为了方便控制镀层中的镍含量,需要严格的控制以保持镀液中镍离子的稳定。过高的镍离子会造成镀层发暗,低位发黑;过低则高位灰黄无光,中低位灰白不亮。

镀液中锌离子需要8小时分析一次,锌离子通过槽外另设的溶锌槽溶解锌板来补加。

镍离子需要每天分析一次,镍离子通过根据通电量来补加的自动加药设备来添加。每添加HKS-315Ni补充剂1毫升/升,相当于0.075克/升镍。为了保证稳定的镍离子含量,需在现场摸索比较适合本生产线的消耗量来不断调整改善自动加药设备的添加量。

2) 氢氧化钠

氢氧化钠一方面是锌离子的络合剂,一方面又充当溶液的导电盐,起到降低溶液电阻提高镀液分散能力的作用。氢氧化钠有助于形成洁白致密的镀层,过低会造成镀层发黑,形成海绵状镀层,高位粗糙等。氢氧化钠在一定程度上会对镀层中的镍含量造成影响,过高过低都不利于镀层的质量。氢氧化钠需要每天分析一次并及时进行调整。

3) 稳定剂

稳定剂有助于维持镀层均匀的合金组分,稳定剂浓度的提高,镀层中的镍含量相应的会微幅上调,过量会降低电流效率。稳定剂通过根据通电量来补加的自动加药设备来添加。为了保证稳定的浓度,需在现场摸索比较适合本生产线的消耗量来不断调整改善自动加药设备的添加量。建议每天对稳定剂含量进行分析。

4) 晶细剂

晶细剂的作用是使镀层结晶细致,,过量会降低电流效率。晶细剂通过根据通电量来补加的自动加药设备来添加。为了保证稳定的浓度,需在现场摸索比较适合本生产线的消耗量来不断调整改善自动加药设备的添加量。

5) 温度

HKS-315碱性锌镍合金工艺的温度范围非常广,从10℃到40℃都能得到合格的镀层,不过温度过低电流效率会下降,也为了合乎工厂生产实际,特将操作的温度控制范围定在20℃~35℃

6) 电流密度

HKS-315碱性锌镍合金工艺的温度范围非常广,从0.25A/dm2到5A/dm2都可以得到满意的镀层,电流大,高位也不会烧焦;电流小,低位周围也不差。

7)阳极

HKS-315碱性锌镍合金工艺的阳极采用镀镍的铁板或电解镍板,考虑到成本的问题,一般选用镀镍的铁板作为阳极。这区别于某些锌镍合金工艺采用锌板或锌板镍板联用作为阳极的做法,这样也有一个优点,避免了槽液浓度过高或是局部浓度过高以及不均匀的情况发生。采用镀镍的铁板时需定期擦看阳极是否有镍层脱落的情况,如果发现有极板上的镍层脱落,须及时更换。

4 添加剂对镀层中镍含量的影响

一种优秀的合金电镀工艺,不仅仅要求其在电流效率以及镀层性能上有过人的表现,工艺配方中的各种添加剂是否对其合金成分产生较大的影响也是考究的内容之一,为了了解HKS-315锌镍合金工艺中的稳定剂和晶细剂对镀层中镍含量的影响,分别测定了2A/dm2下不同浓度稳定剂和晶细剂电镀20分钟后镀层中的镍含量,整理出来数据如下

从上面两图可以看出,稳定剂的含量在60~160ml/L之间时,镀层中的镍含量呈微微上升趋势,但保持在12~15%之间;晶细剂的含量在0~18ml/L之间时,对镀层中的镍含量基本不构成影响

5 电流密度对镀层中镍含量的影响

除了添加剂有可能对镀层中的镍含量有影响之外,电流密度也是不可忽略的因素,在保持镀液成分一致的前提下,以不同的电流密度电镀30分钟后,测量镀层中的镍含量,从数据所示,可见在1~5A/dm2间电流密度对镀层中的镍含量影响比较小。

6 镀液的性能

6.1 镀层的厚度分布

在250ml的赫尔槽中,阳极为镀镍的铁板,阴极为铁片,施以1A的电流电镀10分钟后通过fischer公司生产的XDL-B 荧光X射线膜厚仪测定其不同位置的膜厚得出以下关系

6.2 镀液的沉积速度

在10升的工作液中,吊挂面积为1平方分米的铁片,铁片表面光滑平整,铁片和两边的阳极距离相等。施以不同的电流和时间,试验完成后通过fischer公司生产的XDL-B 荧光X射线膜厚仪测定其不同位置的膜厚并取平均值。整理后得出以下关系

注:以上沉积速度条件为:锌11.5g/L,镍1.1g/L,氢氧化钠120g/L

6.3 镀层的结合力

取正常生产的零件(厚度在8~10μ),在零件的平面位置用小刀平行的划11条间距为1mm的直线,然后再在垂直的方向平行划11条直线,使之形成100个1mm×1mm的正方形小格。取专用的结合力测试用3M胶布(HONDA指定厂家及型号)贴于小格上并使之紧密结合,之后向上45°用力快速扯动胶布,观察有格内镀层,结果100个格子内无一镀层脱落

6.4 镀层的耐热结合力

在250ml的赫尔槽中,阳极为镀镍的铁板,阴极为铁片,施以2A的电流电镀20分钟后,取出铁片,清洗吹干后,置于200℃的恒温烘箱中30分钟,取出后快速放到冷水中,观察铁片镀层表面,结果显示无镀层爆裂、脱落、起泡等现象。

注:关于结合力6.3和6.4试验方法来自HONDA 1766Z-SFE-0000

6.5 镀层的可钝化性

锌镍镀层作为功能性的镀层,在刚刚投入生产的初期,对镀层的外观不是很注重,只要求其耐腐蚀性能。但是,随着研究的深入,工艺的发展,外观的色泽也逐步受到更多的关注。现在市面上的锌镍合金添加剂往往只能做某一方面的钝化,或者只能做彩色钝化,或者只能做黑色钝化。HKS-315锌镍合金工艺弥补了这一缺陷,黑钝、蓝钝、彩钝、白钝都可以同时满足,而求不影响其耐蚀性能。

6.6 镀层的防腐蚀性能

在保证镀层厚度大于8μ的情况下进行蓝色、黑色、彩色、白色钝化,钝化完成放置24小时后进行中性盐雾试验,结果如下:

7 结论

综上,对镀液以及镀层性能多了说明,HKS-315锌镍合金是一种成熟的、操作性强的工艺,镀层的性能能够满足功能性和装饰性的要求。

参考文献

⑴罗伟甲,高云昌,曾鑫. 碱性无氰锌镍合金电镀工艺.第九届全国电镀与精饰学术年会论文集:114-115

⑵吕志,陈文利.A-1100型耐蚀碱性锌镍合金电镀工艺研究. 第九届全国电镀与精饰学术年会论文集:206-207

⑶张允诚,胡如南,向荣.电镀手册(上)第二版.北京:国防工业出版社,524-525

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